sábado, 17 de octubre de 2009

Viviendo en el espacio: Virga de Karl Schroeder

En los habitats espaciales vistos hasta ahora se proporcionaba pseudogravedad mediante la rotación de los mismos para producir una fuerza centrifuga.
El tamaño máximo de un hábitat así (1000 km de radio) viene por lo tanto dada por la resistencia a la tracción del material mas resistente conocido, los nanotubos de carbono.
Habitats mas grandes necesitarían materiales mas resistentes, materiales que por ahora solo entran en el campo teórico, y que no serán tema de esta entrada(pero lo serán de otras).
Es posible aumentar el tamaño disminuyendo la velocidad de rotación, pero esto se hará a costa del valor de la pseudogravedad obtenida. Por ejemplo el máximo radio pasara de 1000 a 3000 km si reducimos a un tercio la pseudogravedad(la marciana).

¿Que pasaría si hiciésemos que la pseudogravedad fuese cero y pasásemos a condiciones de gravedad cero?
No, obviamente el tamaño no podría ser infinito, esta vez el tamaño máximo sería dado por la Longitud de Jeans.
Una nebulosa de gas tiene una gravedad que tiende a contraerla, a su vez hay una expansión térmica que tiende a lo contrario. En una nebulosa de densidad dada, habrá un punto en el que si aumentamos su radio y por lo tanto su masa, la gravedad dominara sobre esta expansión térmica, y la nebulosa se contraerá. El radio de equilibrio lo da la comentada Longitud(radio) de Jeans, que se puede calcular mediante la formula siguiente.




Donde kB es la constante de Boltzmann, T la temperatura, G la constante gravitacional, ρ es la densidad del gas y μ la masa de las partículas de la nebulosa.
El resultado suele ser que dentro de esta, ciertas regiones se colapsan dando estrellas(o enanas marrones). En una nebulosa de este tipo la densidad del gas suele rondar unos pocos miles de atomos/cm3, pero en este caso, en el del hábitat, la densidad es la atmosférica terrestre(o valores cercanos), porque hablamos de tamaños mucho menores de los de una nebulosa que suele ser varias veces el tamaño del sistema solar.

La forma del hábitat seria la de un gigantesco balón esférico de nanotubos de carbono de un par de metros de grosor, relleno de una mezcla gaseosa respirable que rellenaría homogéneamente el interior.
Este tipo de hábitat fue diseñado por el escritor de ciencia ficción Karl Schroeder, para la saga de Virga.
Las dimensiones de un hábitat así podrían ser increíbles.
Uno con una mezcla atmosférica de composición la terrestre a una atmósfera, rondaría los 70.000 km de diámetro.
Si hacemos mas ligero el aire, reduciendo la cantidad de componente inerte(nitrógeno), y manteniendo la presión parcial del oxigeno, disminuiremos la masa y por lo tanto aumentara el radio máximo posible, en caso de una mezcla(0.5 atm N2,0.2 atm O2) el diámetro seria alrededor de 120.000 km o el tamaño de Saturno.
Reduciendo aun mas(0.2 atm N2, 0.2 atm O2) el diámetro pasa a mas de 250.000 km superando con creces el tamaño de Júpiter, y si aligeramos la mezcla gaseosa aun mas, sustituyendo el nitrógeno por helio el tamaño aumenta mas, siendo superior a los 400.000 km, lo suficiente para que en su interior se puedan alojar varias decenas de Jupiteres.(1*)

Imagen: comparación de varios tamaños de hábitat con Júpiter y la Tierra(punto azul de abajo)



Imagen: Zonas habitables de varios cuerpos del sistema solar. Para ser justos habría que comparar el volumen de los habitats de la imagen de arriba con el de las esferas que se muestran aquí, pero apenas serian algo mas que un píxel en comparación.


Un hábitat así no podría usar la luz solar como fuente de iluminación y fuente de calor de ninguna manera. La luz de cualquier fuente exterior no podría atravesar tantos km de aire, igual que en el océano tras cierta profundidad.
En la saga de novelas de ‘Virga’ esto se soluciona con un gran reactor de fusión en el centro del hábitat que a modo de sol artificial da calor al sistema, por lo que las zonas mas calientes están en el interior, y las mas frías en el exterior, el borde. Distribuidos por el resto del hábitat versiones mas pequeñas de estos soles artificiales son los que dan luz homogéneamente a este.

Si habéis seguido la saga de viviendo en el espacio, puede que os resulte contradictorio que diga que es deseable un hábitat con gravedad cero, ya que he repetido muchas veces que el control sobre la pseudogravedad supone un punto a favor respecto a los planetas terraformados, en los cuales en la mayoría de la veces la gravedad puede que no sea adecuada.
Pero...en el interior de un hábitat con un volumen tan grande, seria posible construir estructuras de centenares de metros o de algunos km de radio, en forma de anillo, que girasen para dar pseudogravedad, tantas como para dar hogar a varios billones de personas, miles o millones de veces la población de un planeta(2*).

Fuera de estas ciudades flotantes las condiciones serian de gravedad cero. No habría mares ni océanos como los conocemos aquí, sino que estos se encontrarían en forma de grandes masas de agua esféricas y flotantes dentro del hábitat .
Las plantas y los animales solo encontrarían condiciones de gravedad en estas ciudades anillo, por lo que en su mayor parte estos tendrían que estar adaptados y evolucionarían en unas condiciones de gravedad cero(3*). Muchas especies vegetales en ausencia de gravedad podrían crecer como matas esféricas que flotarían en vez de echar raíces en tierra, otras podrían crecer formando bosques en algunos asteroides que se podrían haber dejado flotando en el interior y que harían de montañas. La vida animal evolucionaría quizás favoreciendo formas voladoras(o mas bien nadadoras), y con un sistema visual adaptado a una ausencia de la referencia arriba-abajo.
Una ilustración que me gusta mucho es esta de Alez Ries

Parecería necesario tener ingentes cantidades de materiales para construir algo así, pero no tanto. El mayor de ellos necesitaría alrededor de 2/3 la masa de la Tierra para la masa de la atmósfera, pero uno mas pequeño de 5000 km de diámetro como el de la novela de Schroeder solo necesitaría de apenas un 0.01% de la masa de Plutón.
Plutoides se han descubierto varios recientemente, y es posible que su numero sea muchísimo mayor.
También es posible según una teoría que explica el origen de grandes lunas retrogradas como Tritón, que como consecuencia de capturas por parte de los gigantes gaseosos de uno de los miembros de un sistema de Plutoides binarios, que el otro miembro sea lanzado hacia el exterior del sistema solar.
Así que habría materiales de sobra tanto en el Cinturón de Kuiper, la Nube de Oort, y ¿quizás el espacio interestelar?(es una suposición mía)para crear cientos o millares de habitats de estos. Como este tipo de hábitat no depende de la luz solar, esas regiones frías y alejadas del Sol serian ideales.

En principio estas dimensiones tan grandes les haría candidatos ideales para una detección por el método de transito, a menos claro esta que esa hipotética civilización alienígena, construya este tipo de hábitat lejos de su sol, si es que construye este tipo de hábitat.


Tenéis imágenes de las ciudades giratorias, así como del interior del hábitat en la pagina de Karl Schroeder.
Este mismo autor uso una versión de los Anillos de Bishop en otra novela 'La señora de los laberintos’, la cual la tengo recién leída. Os la recomiendo.


(1*) En este ultimo no se en que medida afectaría tal escasez de nitrógeno, ya que es un nutriente vital para las plantas.

(2*) Haciendo unos simples cálculos, suponiendo que viven unas 50.000 personas en una de estas ciudades giratorias, y que los vecinos mas cercanos están a 100 km de distancia, en el modelo mas grande podrían vivir mas de mil quinientos Billones de personas, y en el mas pequeño comentado casi diez billones. Aunque estos datos son simplemente cálculos personales.

(3*) Recomiendo leer ‘Los árboles integrales’ de Larry Niven, puesto que describe muy bien un montón de formas de vida en gravedad cero.

10 comentarios:

Hexo dijo...

Como me ha molado Gouki. ^^

Me encanta la ciencia ficción, y la no tan fición también. Pero estas cosas... pensar en un futuro lejano que jamás veremos, me hace soñar despierto.

Hace unos días estuve hablando con un amigo sobre esto de crear habitats espaciales con la fuerza centrífuga, como las naves de 2001 vaya. Pero ninguno de los dos no teníamos ni puñetera idea. XD

Saludos.

Darkrosalina dijo...

Opino igual que Hexo. Me encanta esta serie de "Viviendo en el espacio". Sigue así ;D

**En este ultimo no se en que medida afectaría tal escasez de nitrógeno, ya que es un nutriente vital para las plantas.**

En este caso, las plantas lo tendrán crudo. Solo podrán sobrevivir a partir de los nitratos que encuentren en los asteroides donde crezcan, y las flotantes no tendrán ni una oportunidad. A no ser que se vuelvan carnívoras y hagan como las plantas de los tepuis: "Si no tienes nitratos para absorver, cázalo". Ya me imagino a una planta flotante invitando a los animales a acercarse.

¿No será peligroso para las ciudades el convivir con asteroides y océanos esféricos en un espacio cerrado? Podría haber colisiones de todo tipo.

Dinorider d'Andoandor dijo...

creo que un oceano flotante no me atraería mucho pero las posibilidades son enormes, de pronto me acordé de los cetáceos voladores de Star Wars. No sería raro algo así? con el peso liberado digo....

Gouki dijo...

HExo.
Me alegra mucho;)

Puede que no sea un futuro lejano, pero ya hay quien afirma que los menores de 30 años podremos vivir indefinidamente.

Te recomiendo que leas los otros capitulos de la saga, te gustaran.

darkro.

ademas ciertas bromelias tienen la capacidad de obtener todos los nutrientes de las particulas de polvo del ambiente.
Quizas si el nitrogeno fuese un componente traza igual que lo es el co2, al final la mayoria de las plantas evolucionarian con adaptaciones para capturar mejor este componente. Aun asi creo que al productividad biologica seria mucho menor.

Me encanta que os encante!!:)
Afortunadamente quedan 3-4 mas.

Respecto a los oceanos y asteroides, todo esto estaria estatico, ademas si se moviesen la friccion con el aire les frenaria, y al final se quedarian quietos.
Asi que creo que no habria que preocuparse porque impacten contras las ciudades.
Por contra en 'Los arboles integrales', si ocurria eso, pero era un escenario totalmente distinto.


dinorider.

Pues si,creo que algo asi seria posible.

saludos a todos y gracias por comentar

Hexo dijo...

Pues ya me he leído todos los posts de la saga y me han encantado. No he estudiado nada en toda la tarde... XD

El que más me ha gustado es el del anillo de Bishop, porque se puede ver el cielo estrellado.

Ahora veo la conquista del espacio de otra forma mucho más cercana.

Me parece un tema profundamente apasionante, es una pasada. Yo cada vez que pienso en el espacio siento como que todos mis problemas son insignificantes, que todo lo demás son nimieces, que soy como un gusano de seda en una caja de zapatos, en un planeta pequeño en un rincón de la galaxia.

Bueno, seguro que entenderás lo que quiero decir. :)

Saludos a todos.

Gouki dijo...

***Pues ya me he leído todos los posts de la saga y me han encantado. No he estudiado nada en toda la tarde... XD***

:)si?pues mira que son largos!!has leido la de 'potencial de los habitat espaciales'? es como una conclusion final a todo esto de los habitats espaciales.

***El que más me ha gustado es el del anillo de Bishop, porque se puede ver el cielo estrellado.***

En el cilindro de O'Neill tambien se verian las estrellas,una vision espectacular desde la terraza!!

***Ahora veo la conquista del espacio de otra forma mucho más cercana.

Me parece un tema profundamente apasionante, es una pasada. Yo cada vez que pienso en el espacio siento como que todos mis problemas son insignificantes, que todo lo demás son nimieces, que soy como un gusano de seda en una caja de zapatos, en un planeta pequeño en un rincón de la galaxia.

Bueno, seguro que entenderás lo que quiero decir. :)***

Si conozco esta sensacion,pero a la vez de sentirme pequeño, siento que la especie humana(o mejor dicho sus descendientes posthumanos) van a poder alterar el curso no solo de la evolucion de este sistema solar,sino probablemente de la galaxia entera(sino el universo),lo cual me inspira un sentimiento de grandeza, no como individuo sino como especie.

nada mas me alegraria saber que he cambiado el punto de vista de alguien, desde una posicion que contempla mas la colonizacion del espacio a traves de planetas(chauvinismo planetario) a otro que contempla los habitats espaciales,lo cual me parece infinitamente mas cercano y provechoso para los seres humanos(ya para el resto de las formas de vida).

un saludo

Hexo dijo...

Pues me he leído todos estos:

Viviendo en el espacio: Esferas de Bernal y cilindros de O'Neil

Potencial de los habitats espaciales, esferas de Dyson y paradoja de Fermi

Viviendo en el espacio: Habitats "tipo cerrado" y Dandridge Cole

Viviendo en el espacio: Cilindros de McKendree

Viviendo en el espacio: Anillo de Bishop

Viviendo en el espacio: Virga de Karl Schroeder

Me faltan las Cartas, en la etiqueta de chauvinismo planetario, pero ahora ya es muy tarde.

Es que trabajo 14 horas el sabado y 12 el domingo delante de un pc en el que no tengo que hacer mucha cosa en realidad. Normalmente debería estar estudiando... XD

Gouki dijo...

Menudo currante!menudo fin de semana!Tiene que ser duro currar el finde y tantas horas, uff

Pero que no se te olvide estudiar;)

Te gustaran las cartas;)

mike dijo...

No quiero parecer pesimista, pero creo necesario hacer notar algo que nadie más parece haber tomado en cuenta, ni siquiera el propio Karl Schroeder (corregidme si me equivoco):

¿Qué onda con la basura flotante? Y no hablo de gente irresponsable que tira su basura en las calles de una ciudad y que acabe flotando por entre éstas (que siempre las va a haber), sino de las hojas de las que se desprenden los árboles flotantes, por ejemplo. Incluso si se las reprogramara genéticamente para que ya no suelten sus hojas, los animales herbívoros no son muy limpios para comer. Peor todavía sería el caso de las heces de los animales voladores; o de gente asquerosamente irresponsable a bordo de las naves que se mueven de una ciudad a otra :P. Incluso reprogramando a los animales, no siempre se van a poder aguantar hasta llegar a una ciudad giratoria, un asteroide o un árbol flotante.

También está el caso de la erosión, especialmente de los asteroides forestados. El crecimiento de las raíces trituraría las rocas de la superficie, y dado el tamaño del asteroide mostrado en la ilustración, las plantas ni siquiera estarían adheridas a él debido a su gravedad, sino por la adhesión de sus raíces con la roca, por lo que un viento fuerte inevitablemente arrancaría toneladas de polvo de los asteroides forestados. Y si de plano el asteroide esta demasiado erosionado, la superficie de los árboles que crecen en él resultaría suficiente para que el viento los arrancase, junto con rocas de cientos de kilogramos.

Puede que a corto plazo resulte emocionante crear y vivir en un habitat así, pero a largo plazo, grandes zonas estarán enturbiadas por tanta basura, sin mencionar que se cortarían los ciclos de suministros orgánicos que permiten mantener la vida.

Como offtopic, respecto al nitrógeno atmosférico, éste requiere descargas eléctricas para convertirse en nitratos, ¿habría tormentas eléctricas en un hábtat como Virga? De ser así, debe haber una manera de controlarlas o huir de ellas, en la Tierra se usan pararrayos para transportar las cargas del cielo a la tierra ántes de que se forme el rayo, pero ¿a donde se transportarían las cargas eléctricas para prevenir el rayo en un mundo como Virga?

Gouki dijo...

Tus planteamientos son razonables, pero solo al ir a la practica veriamos si esos problemas son solucionables. Seguro que hay alguna forma.

Saludos

La vida ha colonizado cada rincón de la Tierra, ya es hora de ayudarla a colonizar todo el sistema solar.